Интернет энергии: инженеры НГТУ НЭТИ «научат» умные энергороутеры обмениваться электричеством для развития частной генерации
Молодые ученые факультета радиотехники и электроники НГТУ НЭТИ разработают адаптивные алгоритмы управления для энергороутеров, которые дадут возможность малой генерации объединяться в локальные энергосети и улучшат качество обмена электроэнергией между ними. Проект получил двухлетний грант Президента Российской Федерации – 600 000 рублей ежегодно.
«Сейчас многие устанавливают для своих частных домов или дачных участков автономную систему электропитания. В общей сети могут произойти какие-то сбои или вам планово отключат энергию. Для людей, которые живут в частных домах постоянно, это серьезная проблема. Они отходят от такой модели и устанавливают свою энергосистему: солнечные панели на крышу или ветряки. Это бытовой пример причин роста популярности децентрализованных энергосистем», – говорит Роман Горбунов.
В децентрализованной системе, где есть много независимых генерирующих устройств и потребителей, может меняться их функциональное назначение. Например, когда электромобиль подключается к системе, он потребляет энергию для зарядки, но, когда он зарядился, может использовать энергию как накопитель. Когда этой энергии становится слишком много, ее можно даже продавать в сеть. Тип децентрализованной электроэнергетической системы, в которой реализовано интеллектуальное распределенное управление, осуществляемое за счет энергетических трансакций между ее пользователями, называется интернетом энергии.
«У интернета энергии принцип работы как у глобальной сети Интернет. Один Wi-Fi-роутер подключен к сети, к нему приходят данные, и роутер распространяет их по компьютерам. Здесь точно такая же система. Потоки энергии поступают через энергороутер, он распределяет ее между пользователями», – комментирует Горбунов.
Концептуально пользователями интернета энергии могут быть владельцы любого электроэнергетического оборудования, производящего, накапливающего или потребляющего электроэнергию, а также субъекты, оказывающие владельцам электроэнергетического оборудования различные услуги. Система открыта для подключения генерирующих устройств и иного оборудования, поэтому конфигурация системы недетерминирована, что существенно усложняет управление.
«Сейчас в подобных системах применяются алгоритмы двух типов: первые (конфигурация Master-Slave) назначают в системе главный и ведомые преобразователи энергии, связанные друг с другом по информационному каналу, а вторые (конфигурация Peer-to-Peer) такой связи не имеют и выравнивают потоки за счет управления выходным импедансом. Преимущества вторых в концепции интернета энергии очевидны, но возникают сложности с качеством напряжения. Более того, при открытой архитектуре есть риск, что система в принципе потеряет устойчивость. Разрабатываемые нами алгоритмы управления как раз направлены на решение этих проблем», – говорит Роман Горбунов.
Задача ученых НГТУ НЭТИ – обеспечить, в первую очередь, устойчивую согласованную работу всего энергопреобразующего оборудования локальной энергосистемы, а также поддерживать необходимое качество электроэнергии. Достигается это за счет специальных алгоритмов управления.
«Проблему устойчивости распределенной энергосистемы можно показать на следующем примере. Допустим есть два независимых источника энергии, есть какое-то суммарное энергопотребление, меньшее, чем полная мощность этих генераторов, но превышающее мощность каждого из них. Если не принимать специальных мер, то потоки энергии распределятся между генераторами неравномерно. Возможно, что весь ток перейдет на один генератор, а он, конечно, не рассчитан на такую мощность. В лучшем случае он просто отключится по защитам. А это значит, что вся нагрузка перейдет на второй генератор, который также не рассчитан на такую мощность, соответственно, и тот отключится. И потребитель потеряет энергию. Это пример неустойчивой энергосистемы. Организовав управление генераторами по определенным алгоритмам, энергопотребление можно выровнять. Мы хотим сделать так, чтобы выравнивание осуществлялось каждым генератором самостоятельно, без канала связи с другими подсистемами. Это активно развивающееся и очень востребованное направление энергетики», – рассказывает Роман Горбунов.
Результаты также будут востребованы в космической отрасли. Система электропитания космического аппарата представляет собой полноценную автономную энергетическую систему, получающую первичную энергию от возобновляемых источников с накоплением в аккумуляторных батареях для обеспечения непрерывного электропитания спутника при его нахождении на всех участках орбиты.
Такая энергопреобразующая аппаратура содержит от 8 до 50 и более параллельно работающих силовых модулей со сложной многоуровневой системой автоматики, обеспечивающей включение, выключение, переключение и резервирование модулей с поддержанием требуемого качества выходного напряжения. Ожидается, что развитие разрабатываемых адаптивных алгоритмов управления энергосистемой применительно к системам электропитания космических аппаратов позволит значительно повысить надежность и уменьшить массу системы.
Первые экспериментальные результаты запланированы на июнь 2020 года.
